Магнитоэлектрический измерительный прибор

Магнитоэлектрический измерительный прибор

Устройство магнитоэлектрический измерительный прибор на постоянном магните (PMMC — Permanent Magnet Moving Coil) в области электрики известен также как измеритель Д’Арсонваля и гальванометр. Электрический прибор представляет устройство, механизмом которого вычисляется изменение тока индуктивности. Угловое физическое отклонение контура индуктивности в условиях однородного магнитного поля позволяет визуально отмечать изменения.

Магнитоэлектрический измерительный механизм

Рассматриваемый здесь магнитоэлектрический измерительный прибор действует по принципу помещения проволочной катушки между двух полюсов постоянного магнита за счёт образования магнитного поля.

Согласно закону Фарадея на электромагнитную индукцию, проводник, через который течёт электрический ток, помещённый в области магнитного поля, находится под воздействием сил магнетизма.

Это силовое воздействие отмечается в направлении, что определяет правило левой руки Флеминга. Величина этой силы пропорциональна величине тока, текущего через проводник. Если на конце проводника закрепить указатель и позиционировать соответствующим образом на измерительной шкале, получается магнитоэлектрический измерительный механизм.

СТРЕЛОЧНЫЙ

Магнитоэлектрический измерительный прибор - конструкция на механизм
Конструктивное исполнение на магнитоэлектрический измерительный прибор: 1 — винт установки стрелки на отметку «0»; 2 — верхнее соединение; 3 — противовес стрелки-указателя; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала; 6 — центральный полюс; 7 — волосковая пружина; 8 — катушка индуктивности; 9 — полюсный магнит

Когда крутящие моменты уравновешены, подвижная катушка фиксируется в положении останова. При этом угловое отклонение допустимо измерить по шкале. Если поле постоянного магнита однородное, а пружина линейная, отклонение стрелки указателя также линейно. Следовательно, допустимо использовать эту линейную зависимость для определения количества электрического тока, проходящего через проводник.

Магнитоэлектрические измерительные приборы (счётчики Д’Арсонваля) успешно используются в области электрики, но исключительно под измерение постоянного тока. Это очевидно, так как если измерять прибором переменный ток, направление тока в этом случае изменяется в течение отрицательного полупериода.

Следовательно, направление крутящего момента также изменится на обратное направление. Такое положение приводит к нулевому среднему значению крутящего момента с нарушениями движения относительно измерительной шкалы. Но в случае с постоянным током, качество измерений магнитоэлектрическим прибором очень высокое.

Конструкция на магнитоэлектрический измеритель

Базовыми компонентами конструкции магнитоэлектрического измерительного прибора являются несколько деталей. Это, соответственно:

  1. Стационарно установленная магнитная система.
  2. Подвижная индуктивность (катушка).
  3. Система контроля.
  4. Система демпфирования.
  5. Метрический механизм.

Стационарно установленная магнитная система основана магнитом высокой напряженности поля и коэрцитивной силы. Это лучшее решение, по сравнению с применением U-образных полюсных постоянных магнитов из мягкого железа. Магниты современного образца выполнены, как правило, на основе сплавов «Алкомакс» (Alcomax) и «Алнико III» (Alnico III, V), коими обеспечивается высокая напряжённость поля и коэрцитивная сила.

 

Что касается компонента – подвижной индуктивности, этот элемент свободно перемещается между двух полюсов постоянного магнита. Катушка сформирована большим числом витков медного провода. Размещена индуктивность на алюминиевом прямоугольном каркасе, установленном на подшипниках с опорами из драгоценных камней.

Следующая деталь – пружина, представляет своего рода систему управления магнитоэлектрических измерительных приборов. Пружина также призвана исполнять ещё одну важную функцию — обеспечивать пути ввода/вывода тока через системную катушку.

Система демпфирования – очередной компонент измерителя, формирует демпфирующие силы. Следовательно, крутящий момент обеспечивается движением алюминиевого каркаса в магнитном поле, создаваемом полюсами постоянного магнита.

Наконец, последняя деталь конструкции – метрический механизм, представляет сочетание указательной, свободно перемещающейся под разными углами стрелки и линейной шкалы.

Магнитоэлектрический измерительный механизм + крутящий момент

Для крутящего момента, имеющего место в конструкциях электроприборов с подвижной катушкой на постоянном магните, характерной является обобщённая формула. По этой формуле определяется отклоняющий момент:

Td = N*B*l*d*I

где: N — число витков катушки; B — плотность магнитного потока воздушного зазора; L — длина подвижной катушки; D – ширина подвижной катушки; I – электрический ток.

Теоретически для инструмента с подвижной катушкой отклоняющий момент пропорционален току. Математически это выражается как:

Td = GI

То есть окончательная формула получает следующий вид:

G = N*B*I*d*l

Установившийся режим прибора демонстрирует равными управляющий и отклоняющий моменты. Приравнивая управляющий и отклоняющий крутящий моменты, можно получить:

I = (K / G) * x, где: x – отклонение.

Если отклонение прямо пропорционально току, необходима равномерная шкала на измерительном приборе для измерения тока. Также следует рассмотреть базовую принципиальную электрическую схему измерительного прибора:

АНАЛОГОВЫЙ

Магнитоэлектрический измерительный прибор - принципиальная схема
Принципиальная электрическая схема на магнитоэлектрический измеритель: 1 – электрический ток; 2 – токовая составляющая Im; 3 – шунт сопротивление; 4 – токовая составляющая Is; 5 – сопротивление индуктивности

На электрической схеме видно — ток I разделяется на две токовые составляющие (Im, Is) в точке «А». В схеме присутствует шунт сопротивление, свойства которого имеет значение. Электрическое сопротивление шунта, в частности, определяется низким значением температурного коэффициента и независимостью изменения во времени.

Кроме того, шунт, используемый в схеме, обладает свойствами пропускания больших токов без риска значительного повышения температуры. Поэтому такие материалы, как «Манганин», обычно применяются для создания шунта — сопротивления постоянному току.

Значение токовой составляющей Is существенно выше значения токовой составляющей Im, учитывая малое сопротивление шунта. Соответственно:

Is * Rs = Im * Rm

где Rs — значение шунта, Rm — сопротивление индуктивности.

Определение Im:

Is = I – Im

Определение m:

m = I/Im = 1 + Rm/Rs

где, m – сила сопротивления шунта.

Электрический воздушный компрессор, 220В/110В 30 мпаЭлектрический воздушный компрессор высокого давленияЭлектрический воздушный насос высокого давления

Магнитоэлектрический измерительный прибор + системные ошибки

При всех положительных моментах, связанных с технологией измерения посредством магнитоэлектрических систем, такого рода приборы не исключают проявления ошибочных показаний. В основном на практике пользования магнитоэлектрическими измерительными приборами отмечаются три вида системных ошибок.

  1. По причине температурных воздействий и «старения» магнита, со временем отмечается снижение свойств магнетизма измерительного прибора. «Старению» магнита, как правило, способствуют термические и вибрационные воздействия.
  2. Износ пружины может стать причиной ошибочных показаний магнитоэлектрического измерительного прибора. Однако механический износ пружины и «старение» магнита, компенсируют ошибки, учитывая противоположно действующие силы этих факторов.

Температурный коэффициент медного провода движущейся катушки прибора составляет примерно 0,04 на один градус Цельсия при повышении окружающей температуры. По этой причине отмечается некоторое увеличение сопротивления и, соответственно, магнитоэлектрический измерительный прибор выдаёт неточные показания.


При помощи информации: ElectricaIidea